2003年年底，我国“地球空间双星探测计划”(简称双星计划)的第1颗卫星——探测1号卫星(又叫“赤道卫星”)发射升空。双星计划的第2颗卫星——探测2号(又叫“极轨卫星”)也将于2004年中发射，它是我国首次飞越两极高空的空间探测卫星。这2颗卫星均由中国空间技术研究院负责研制。

　　预报空间天气

　　地球空间现已成为人类的第四生存领域，人造地球卫星、载人航天器等都在这一区域飞行。但它也是危害人类活动与生存环境的空间灾害天气的直接发生地，因为在太阳活动和行星际的扰动影响下，地球空间经常会发生爆发性的剧烈扰动，造成空间灾害天气，从而产生航天器故障、威胁航天员安全、导致通信中断和影响导航与定位精度。在迄今已发生的6000多起卫星故障中，大约40%是由空间环境异常引起的。

　　通过双星计划的实施，可以更加精确地对这些空间灾害天气进行预报，它对于研究地球空间暴的形成和演化过程具有重要意义，并为建设航天环境保障体系和国家安全防御体系提供科学数据。

　　该计划耗资4亿元，是首次以我国为主的国际空间合作计划，它不仅可以研究空间环境，还能预测空间灾害性事件，并对国家空间安全提供保障。

　　此项目是根据国际日地空间探测计划(ISTP)卫星，在空间分布存在的局限性和目前存在的重大科学问题以及国家重要需求提出来的。它包括的两颗小卫星运行于ISTP卫星不能覆盖的两个磁层重要活动区，1个是近地赤道活动区，另1个是近地极区活动区。这两个区域正是磁层空间暴的发生区。这两颗小卫星相互配合，构成具有独立系统的、有显著特色的双星探测系统。

　　它们将探测近地磁层场和料子时空变化的因果关系，深入研究磁层空间暴的触发机制，建立符合实际的磁层空间暴物理模型，认识地球空间环境的全球变化过程。

　　其总的科学和应用目标是，探测和研究近地空间环境中场与粒子的时空变化规律及磁层空间暴的触发机制，建立并发展空间环境的动态模式及物理预报模式，通过参与国际合作提高我国空间探测技术水平和科学研究水平。

　　合作双赢

　　双星计划是1997年由空间物理学家刘振兴院士等科学家提出的。2001年7月，中国国家航天局与欧洲空间局正式签署合作协议，启动该计划。这是第1个由中国提出的空间探测国际合作计划，标志着欧洲正式加入中国提出的双星计划，从而使得欧洲试验设备可以首次安装在中国卫星上。

　　中欧合作的主要内容是：在中国发射的2颗探测地球磁层空间的卫星(简称“双星”)上，装载约10台欧空局提供的科学探测器，中欧双方共享其探测数据。由欧空局出资800万欧元用于欧洲设备的生产、组装以及负责卫星每天4小时的数据收集及运营。

　　中国“双星”将与已升空的4颗欧洲空间局团星2号卫星相互配合，形成人类历史上第一次对地球空间的6点立体探测。

　　欧空局2001年发射的4颗团星2号卫星，可以根据探测需要调整间距，形成尺度不同的四面体，旨在探测磁层中各种边界层的微观结构。但其缺点是不具有进行大范围地球空间同步测量的功能。中国“双星”恰好可弥补团星2号的不足。“双星”的探测数据经过联合处理，可以探明地球磁层空间在太阳活动扰动下变化的时序关系，验证磁层空间暴触发机制的理论依据，以及发现重要能量粒子的输运途径等，因此，欧空局的专家对中国“双星”兴趣颇浓。

　　团星2号的4颗卫星轨道高于“双星”，它与“双星”形成不同层次的空间分布和探测形位，对全面、多点和分析磁层空间提供了可能，有望揭开地球磁层空间的重要科学之谜。

　　突破关键技术

　　发射“双星”的火箭是我国的长征2号丙改进型，它突破了多项关键技术，这是由于它所发射的探测1号最远达到距地球6万多千米，即为目前中国发射的卫星中距离地球最远的一颗，因此需要发射它的火箭具有相当大的推力。

　　为了满足卫星入轨的要求，也为了能够达到预定的轨道高度，在长征2号丙的基础上增加了第3级，该级装有大功率的、可以变轨的固体燃料发动机，并安装了控制系统和遥测系统。

　　新世纪的科学卫星

　　“双星”将对人类历史上从未探测过的空间区域进行探测，其中的一颗卫星绕着南极和北极上空运行，另一颗绕着赤道运行，它距离地球最远距离达到了6万多千米，突破了我国卫星跨入太空的最远距离。它们可控制目前国际上正在运行的卫星所不能覆盖的近地磁层的重要活动区，其主要优势是适于探测地球空间暴。

　　这2颗卫星的平台由中国空间技术研究院研制，中方研制的8台有效载荷及其全部有效载荷的公用支持系统由中科院空间中心研制。

　　从西昌卫星发射中心发射的探测1号卫星载8台探测仪器，其中5台是欧洲研制的，另3台由中方研制。该卫星质量为330千克，本体为直径为2.1米、高1.4米的圆柱型，加上天线等则高近4米，在轨道上最大展宽为8.3米。

　　探测2号卫星外形与探测1号卫星相同，它将从太原卫星发射中心发射，其上拟搭载4台欧空局的探测仪器。

　　为了实现高时间分辨率的要求，卫星采用自旋稳定，自旋轴垂直于黄道平面，误差小于5°，自旋速率为15±2转/分钟。探测1号寿命为1.5年，探测2号寿命为1年。

　　为了完成科学任务，对卫星技术提出了一些特殊要求，例如，严格的磁洁净度、严格的净电洁净度和高抗辐射度等，因而对卫星提出了较高的要求。

　　探测仪器装到卫星上以后，模拟了卫星从起飞到星箭分离这段距离的运行状况，进行了震动、噪声等各项环境实验，考核了卫星的装配是否符合预定要求。同时还在真空环境下模拟了卫星在轨运行时对环境的适应性，以保证卫星能在低温和高温状态下正常运行。此外，由于两颗卫星主要是为了探测空间磁暴环境的，所以要求卫星本身磁性越少越好，为了保证探测数据的准确性，卫星还进行了一系列磁实验。

　　“双星”的轨道运行于其他国际卫星不能覆盖的磁层亚暴、磁暴和磁层粒子暴的主要活动区。探测1号的轨道是近地点为550千米左右，远地点为60 000千米左右，倾角大约28.5°的椭圆型轨道上；探测2号的轨道探测运行在近地点700千米，远地点39000千米，倾角为900的椭圆型轨道上。

　　“双星”的地面数据接收将由中科院空间中心科学卫星数据接收站和位于西班牙的欧空局数据接收站承担。

　　这两颗卫星将与欧洲空间局已经发射升空的团星2号的4颗卫星紧密配合，在从太阳到地球的空间中形成纵深分布。如果把日地距离比做一条河的话，那么这6颗星就相当于分布在河的上中下游，对地球空间进行全方位探测，形成人类历史上第1次对地球空间的6点立体探测。

　　火眼金睛

　　探测1号卫星上装有如下科学载荷：英国帝国理工学院和奥地利空间研究所研制的磁场测量仪(FGM)；英国伦敦大学mullard和空间研究所研制的电子电流仪PEACE；法国空间辐射研究中心研制的热离子分析仪HIA；中国科学院空间中心研制的高能电子探侧仪、高能质子探测仪、重离子探测器；奥地利空间研究所研制的电位主动控制仪ASPOC；法国CETP研究所和英国Sheffied大学研制的磁场波动分析仪(STAFF/DWP)。

　　“双星”上的有效载荷有以下4种类型：

　　(1)三分量空间磁场探测其主要目标是探测平静时的磁场位形和磁层空间暴期间磁场的时空变化；配合粒子探测分析和处理粒子数据；研究向阳面磁层顶区的磁场重联。

　　(2)不同能量粒子探测这些粒子包括低能粒子、中等能量粒子和高能粒子。共有8台探测仪器，其主要目标是探测低能和能量粒子的分布函数、通量能谱及高能粒子、重粒子的通量能谱和成分；研究磁层空间暴期间各类粒子的时间变化和空间分布特性。

　　(3)卫星电位主动控制其主要目标是保证低能电子和离子分布函数的探测精度。

　　(4)低频电磁波探测其主要目标是探测等离子体的不稳定性及所激发的低频电磁波；配合粒子探测，研究粒子的加热、加速、扩散和沉降过程。

　　与众不同之处

　　双星计划具有以下的创新和特色：

　　(1)轨道具有显著特色双星计划的两颗小卫星覆盖了目前国际上正在运行的几颗卫星不能覆盖的近地磁层的重要活动区。两颗小卫星相配合，形成了有特色的双星星座计划，其主要优势是适于探测磁层空间暴，这是国际上正在运行的卫星所不能取代的。

　　(2)探测仪器先进“双星”上主要的探测仪器(如电子和电流探测器、能量粒子探测器、热离子分析器、中性原子成像仪和卫星电位主动控制仪等)，都是目前国际上最先进的仪器，特别是中性原子成像仪，可对环电流区、辐射带和近地等离子体片区粒子进行全球性的可视化遥感，分辨这些区域粒子的时空变化。在目前国际上正在运行的几颗地球空间探测卫星上，还没有这种先进的仪器。双星上的8套粒子探测器能谱覆盖很宽。

　　(3)与团星2号相配合工作“双星”与欧空局团星2号的4颗卫星相配合，可形成地球空间的6点探测星座，它将成为21世纪初国际上最先进的地球空间探测计划，可研究一些过去所不能解决的关键科学问题。

　　(4)国际前沿的科学目标双星计划的科学目标聚焦在磁层中一些当前国际上最具有挑战性的重大科学问题：磁层亚暴、磁暴和磁层粒子暴的触发机制和物理模式。预期在这一领域能取得某些新的突破性进展。探测和研究成果对航天活动有重要应用价值。

　　通过双星计划的实施，除能获得双星的大量科学数据外，还可获得团星2号计划4颗卫星(其载44台仪器)的探测数据和与团星2号相配合的30个地面台站的观测数据，以及国际其它卫星的探测数据。(摘自：《环球飞行》杂志1-2期/文图提供_庞之浩)

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